CN102721636B - 一种基于尺度模型确定裂缝性低渗储层应力敏感性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用岩石力学分析方法及介质串并联模型，得到裂缝性致密储层应力敏感性的尺度模型。尺度模型中考虑岩心尺寸、井下流动尺寸、裂缝密度、裂缝产状、地应力等因素。对孔隙型岩心和裂缝性岩心分别进行应力敏感实验，尺度模型给出由小尺寸孔隙型岩心和裂缝性岩心的应力敏感实验规律推导实际储层大范围流动规律的方法。本方法同时还指出应力敏感模型中的有效应力不能简单等于储层有效应力(上覆压力-孔隙压力)，而应取为裂缝面法向有效应力。可以将本发明中得出的应力敏感尺度模型应用于产能预测，研究裂缝性致密储层水平井、多分支水平井及分段压裂水平井产能计算的新方法。

Description

一种基于尺度模型确定裂缝性低渗储层应力敏感性的方法

技术领域

本发明是关于一种裂缝性低渗储层应力敏感性确定的方法，以预测应力变化、裂缝密度、裂缝产状等因素对裂缝性低渗储层渗透率的影响，从而为致密低渗裂缝性储层的产能预测提供技术指导。

背景技术

我国低渗透油气资源十分丰富，到2009年为止，陆上已开发地质储量中低渗透油气储量占27.5％，在已探明未动用储量中低渗透储量占70.8％。随着对石油需求的日益增大，易开采的中、高渗透油田的可采储量逐渐下降，低渗透油田，包括致密性油田对油气产量的贡献将越来越大。

裂缝性致密储层存在非均质性、应力敏感性及各向异性，而应力敏感性评价实验的岩心尺寸(通常为25mm)受取心条件及实验条件限制，不可能无限放大，因此实验测试的流动尺度远远小于井下实际流动尺度，导致实验数据不能直接描述实际储层流动规律。本发明采用岩石力学分析方法及介质串并联模型，得到裂缝性致密储层应力敏感性的尺度模型。尺度模型中考虑岩心尺寸、井下流动尺寸、裂缝密度、裂缝产状、地应力等因素。对孔隙型岩心和裂缝性岩心分别进行应力敏感实验，尺度模型给出由小尺寸孔隙型岩心和裂缝性岩心的应力敏感实验规律推导实际储层大范围流动规律的方法。并且指出应力敏感模型中的有效应力不能简单等于储层有效应力(上覆压力-孔隙压力)，而应取为裂缝面法向有效应力。

发明内容

本发明的目的是基于尺度模型给出由小尺寸孔隙型岩心和裂缝性岩心的应力敏感实验规律推导实际储层大范围流动规律的方法。该方法指出对裂缝性低渗储层需对孔隙型岩心和裂缝性岩心分别进行应力敏感实验，并给出了由小尺寸孔隙型岩心和裂缝性岩心的应力敏感实验规律推导实际储层大范围流动规律的方法，得到渗透率与裂缝密度近似成线性关系。该方法还指出应力敏感模型中的有效应力不能简单等于储层有效应力(上覆压力-孔隙压力)，而应取为裂缝面法向有效应力。

本发明目的是这样实现的：储层中发育一组倾角为β的天然裂缝，裂缝走向与最大地应力方向夹角为θ，天然裂缝的密度为n条/米，假定非均质性仅由裂缝造成，应力敏感实验结果与取心方向与位置相关，如图1所示。

对于岩心2、3，取心方向均平行裂缝面，岩心3包含裂缝，岩心2不包含裂缝，其应力敏感规律不同。对岩心3、4，取心均包含天然裂缝，但取心方向不同其应力敏感规律也将不同。只有对岩心1、2，取心均不含天然裂缝，岩心是均质的，其应力敏感规律相同。以天然裂缝延伸方向为x，垂直裂缝方向为y，建立坐标系研究储层水平面内的渗透率。

沿x方向的取心包括岩心2、3两类，其应力敏感性可用幂函数表示：

$k_2=a_2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}\right)}^{-b_2},$ $k_3=a_3{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}\right)}^{-b_3}---\left(1\right)$

考虑实际流动范围的尺寸l＞＞Φ(岩心直径)，实际储层可视为由宽度Φ的k₃介质与宽度1000/n的k₂介质并联，得

$k_x=\frac{\mathrm{\Φn}{k}_3+(1000-\mathrm{\Φn})k_2}{1000}---\left(2\right)$

沿y方向的取心包括岩心1、4两类，由于取心方向与裂缝垂直，裂缝对渗透率无贡献：

k_y＝k₂    (3)

任意流动方向N的渗透率应力敏感性可用渗透率张量表示为：

$k_N=N\·\left[\begin{array}{cc}{k}_x& 0\\ 0& k_y\end{array}\right]\·N---\left(4\right)$

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1：取芯方向与位置俯视图

图2：孔隙型岩心应力敏感实验结果

图3：裂缝型岩心应力敏感实验结果

图4：渗透率与天然裂缝密度的关系(有效应力取30MPa)

图5：渗透率与有效应力的关系(裂缝密度28条/m)

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现举例说明本发明的具体实施方式。

1.分别确定孔隙型岩心和裂缝型岩心有效应力与渗透率间的关系，例如选取鄂尔多斯盆地盒8、山2及太原组三储层的低渗致密砂岩为分析实例对象，根据井深和压力梯度选择测量用的净应力值。我们选择的净应力值为2、4、6、10、15、20、30、40共8个点，测定不同净应力下岩心的渗透率值，如图2、3所示，则渗透率与有效应力的关系可用幂函数表示为：

k₂＝1.54(σ_e)^-0.5925，k₃＝233.3(σ_e)^-0.7445    (5)

2.确定裂缝面法向有效应力。例如测试岩心Φ＝25mm，地层深度2500米，岩石密度2.4，上覆压力60MPa，地层压力22MPa，水平地应力45MPa，天然裂缝密度每口井变化较大，优势发育的天然裂缝倾角45°。按以往解释方法，储层岩石有效应力为60-22＝38MPa。本发明解释方法：裂缝面法向有效应力为60*cos²(45°)+45*sin²(45°)-22＝30MPa。

3.确定渗透率与天然裂缝密度的关系及渗透率与有效应力的关系。应用式(5)及(2)，计算得到渗透率与天然裂缝密度的关系及渗透率与有效应力的关系，如图4、5所示。

Claims (1)

1.一种基于尺度模型确定裂缝性低渗储层应力敏感性的方法，其特征是：沿着平行天然裂缝方向，将储层视为由宽度为Φ的裂缝型岩心(3)与宽度为1000/n的孔隙型岩心(2)并联，其中Φ为单个岩心直径，n为天然裂缝密度；对孔隙型岩心(2)和裂缝型岩心(3)分别进行应力敏感实验，得到各自应力敏感规律的幂函数

$k_2=a_2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}\right)}^{-b_2},k_3=a_3{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}\right)}^{-b_3}---\left(1\right)$

x方向储层渗透率k_x可通过裂缝型岩心(3)的渗透率k₃及孔隙型岩心(2)的渗透率k₂表示为

$k_x=\frac{\mathrm{\Φ}{\mathrm{nk}}_3+(1000-\mathrm{\Φn})k_2}{1000}---\left(2\right)$

y方向应力敏感规律由孔隙型岩心(2)实验结果给出

k_y＝k₂       (3)

任意流动方向N的渗透率应力敏感性可用 $k_N=N\·\left[\begin{array}{cc}{k}_x& 0\\ 0& k_y\end{array}\right]\·N$ 计算。